Охлаждение и вентиляция ЦОД: требования и современные решения

Спроектировать современный центр обработки данных (ЦОД) – задача, требующая особого внимания и грамотного подхода. Важным фактором является обеспечение системами охлаждения и вентиляции, поскольку от правильной организации климат-контроля напрямую зависит безопасность и скорость работы серверов.

На ранних этапах ЦОД создавались без каких-либо стандартов, что привело к серьезным трудностям для системных администраторов. Однако за последние двадцать лет мировой опыт предоставил специалистам четкие направления для работы.

В области организации дата-центров существует два ключевых стандарта, разработанных в США: TIA-942 и TIA/EIA-569. Они содержат требования к организации систем кондиционирования и вентиляции воздуха, включая фильтрацию. В настоящее время эти стандарты являются основополагающими в российской практике, поскольку отечественные ГОСТы в области телекоммуникаций пока являются несовершенными.

TIA-942 классифицирует дата-центры по степени надежности и устанавливает требования к проектированию. А TIA/EIA-569 определяет правила прокладки телекоммуникационных сетей и распространяет свое действие на этап монтажа.

Далее мы рассмотрим требования к дата-центрам в соответствии с этими стандартами.

Исполнение требований по температуре, влажности и качеству воздуха в помещениях серверных - важнейшее условие для нормальной работы их оборудования. Для того чтобы обеспечить наиболее оптимальные условия работы, необходимо в комплектацию центров обработки данных (ЦОД) включить систему климат-контроля. Она должна работать круглосуточно, все дни в году, обеспечивая в помещении необходимые температурный режим и влажность. В случае невозможности использования централизованной системы микроклимата в здании, необходимо использовать автономную климатическую систему.

Для обеспечения оптимального функционирования системы кондиционирования серверных и дата-центров, следует соблюдать следующие требования:

• Температура в серверной комнате должна быть в пределах 20–25 °C.
• Влажность должна находиться в диапазоне 40–55%.
• Перед входом в помещение необходимо фильтровать свежий воздух минимум класса EU4 с подогревом в зимнее время.

Система кондиционирования должна иметь достаточную мощность для охлаждения всех серверов в ЦОД. При этом рекомендуется использовать не менее двух независимых кондиционеров, обеспечивающих заданный микроклимат в помещении. Также необходимо организовать охлаждение с помощью фальшполов, которые должны иметь высоту не менее 300 мм от основного перекрытия до уровня чистового пола. Рекомендуемая высота - 400 мм. В высотном пространстве фальшпола следует организовать каналы распространения холодного воздуха. Биение же фальшпола должно состоять из прочных и легко демонтируемых модулей (плиток) с возможностью точечной нагрузки до 455 кг. В конструкции фальшпола необходимо предусмотреть установку решеток вентиляции и кабельных вводов для телекоммуникационных стоек. Общая шина технологического заземления серверной должна обеспечивать заземление всех конструкций фальшпола.

Оптимальные технологические решения для ЦОД

Для того, чтобы системы кондиционирования и вентиляции соответствовали стандартам TIA-942 и TIA/EIA-569, необходимо применять определенные технологические решения. Существует целый ряд таких решений, которые можно выделить:

1. Применение технологий энергоэффективности. Все системы кондиционирования и вентиляции должны быть построены с использованием новейших технологий, которые обеспечивают максимальный уровень энергоэффективности.
2. Регулярное техническое обслуживание. Для того чтобы системы кондиционирования и вентиляции работали на высоком уровне, необходимо проводить регулярное техническое обслуживание и проверку качества работы.
3. Использование универсальных модулей кондиционирования и вентиляции. Для того чтобы обеспечить оптимальную работу системы, необходимо использовать универсальные модули кондиционирования и вентиляции, которые позволяют легко и быстро настраивать параметры работы.
4. Применение различных систем контроля работы. Для того чтобы убедиться в том, что системы кондиционирования и вентиляции работают на высоком уровне, необходимо применять различные системы контроля работы, которые позволяют мониторить и управлять процессом работы системы.
5. Оптимальное использование ресурсов. Для того чтобы обеспечить максимальный уровень эффективности работы системы кондиционирования и вентиляции необходимо оптимально использовать все ресурсы, в том числе и энергетические.

Кондиционирование помещений является одним из важных аспектов для обеспечения комфортного пребывания в помещении. На рынке существует множество прецизионных кондиционеров разных типов, включая сплит-системы, промышленные и полупромышленные кондиционеры. Оптимальным выбором для систем кондиционирования серверной комнаты является прецизионный тип, который может включать в себя несколько вариантов.

Первый вариант – это системы с непосредственным расширением, известные как DX-системы. Подобные системы хорошо подходят для организации кондиционирования ЦОД, если речь идет о небольших удельных тепловых нагрузках. Они основаны на использовании фреоновых прецизионных кондиционеров, которые работают за счет подачи во внутренний блок оборудования фреона, который расширяется и испаряется, отдают холод воздуху помещения. Преимуществами таких систем являются высокая надежность, долговечность и относительно невысокая стоимость. Однако DX-системы требуют значительных эксплуатационных затрат, а также серьезные требования к энергосистемам и помещению.

Второй вариант – это системы на холодоносителе, известные как CW-системы. Они подходят для средних и крупных ЦОД. Принцип действия состоит в охлаждении воздуха в теплообменнике кондиционера за счет циркуляции охлажденного в холодильных машинах-чиллерах холодоносителя. CW-системы отличаются более низкими эксплуатационными затратами и гибкостью, но требуют больших капитальных затрат, чем DX-системы.

Третий вариант – это системы на основе принципа полного свободного охлаждения, которые называют FFC-системами. В FFC-системах используется принцип теплообмена между наружным воздухом и воздухом, циркулирующим в ЦОД. В течение 95% времени в году эти системы не требуют участия компрессоров, что позволяет каждый кВт потребляемой электричества давать 7 кВт холода в среднем в течение года. Для сравнения, в DX-системах речь идет о 2 кВт холода на каждый кВт электроэнергии, а у CW-систем – не более 5 кВт. FFC-системы не требуют фальшполов, имеют низкие эксплуатационные и средние капитальные затраты, а также позволяют использовать высоконагруженные стойки до 50 кВт. Но недостатком является отсутствие широкого накопленного опыта внедрения подобных систем в России.

Четвертый вариант – это система естественного охлаждения с промежуточным теплоносителем, которая называется DFC-системой. Она сочетает компрессорное охлаждение с естественным конвекционным охлаждением. Переключение на оптимальный режим работы, соответствующий тепловой нагрузке и сезонным изменениям наружной температуры, происходит автоматически. Преимуществом системы является ее высокая эффективность, но она также является более сложным инженерным решением с немалой стоимостью.

Наконец, последний вариант – это системы охлаждения, интегрированные в стойку. Данный вариант подходит для снятия высоких тепловых нагрузок и позволяет использовать специализированные серверные шкафы с системами охлаждения, защитой электропитания, пожаротушения и мониторинга. В этом случае нет необходимости в фальшполах, а приборы охлаждения ближе к тепловой нагрузке. Недостатком такого оборудования является его высокая стоимость.

Одним из ключевых вопросов, которые нужно решить на этапе выбора системы кондиционирования помещения, является выбор соответствующей вентиляционной системы. Как правило, в ЦОД применяется приточно-вытяжная вентиляция. В настоящее время существует тенденция к снижению энергопотребления в климатических системах, поэтому вентиляционные системы должны разрабатываться с учетом следующих принципов:

• установка устройств для возврата и повторного использования тепловой энергии;
• применение энергосберегающих элементов;
• увеличение расчетного срока службы оборудования.

Компании GEA, AL-KO, Flaktwoods и Swegon являются ведущими мировыми производителями этого типа оборудования.

Tier-сертификация: что это и зачем нужна?

Центры обработки данных являются очень важной инфраструктурой в современном мире, где большие объемы данных играют центральную роль. Если такой центр обработки данных был качественно спроектирован и реализован, и его кондиционирование соответствует международным стандартам, то он может пройти сертификацию по Tier, что позволит повысить его привлекательность для потенциальных клиентов.

Сертификат Tier, разработанный международной организацией Uptime Institute Professional Services, выдается по итогам аудита центра обработки данных на документацию и на рабочие процессы. По итогам аудита центру обработки данных присваивается уровень надежности от I до IV, где I — низший уровень, а IV — высший. Оптимальным по соотношению цена-качество считается III уровень. Основной показатель надежности центра обработки данных — допустимое время его простоя: для I уровня составляет 28,8 часов, а для IV — всего 0,4 часа.

Сертификация Tier позволяет потенциальным клиентам более точно оценить уровень надежности центра обработки данных и выбрать наиболее подходящий вариант. В России планируется создать собственную систему сертификации ЦОД, в рамках реализации программы «Цифровая экономика». Это позволит российским ЦОД конкурировать с зарубежными аналогами на более выгодных условиях и привлекать больше клиентов.

Спрос на качественное климатическое оборудование для центров обработки данных постоянно растет в связи с цифровой трансформацией всех сфер бизнеса и увеличением объемов данных. Это подтверждает значимость и необходимость развития инфраструктуры ЦОД в России.

Фото: freepik.com